CN1526501A

CN1526501A - 连结法兰的环状金刚石切割片及其制造方法

Info

Publication number: CN1526501A
Application number: CNA031511414A
Authority: CN
Inventors: 杨燕军; 段莉萍; 熊朝阳; 郭铁峰
Original assignee: 杨燕军
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2023-09-23
Also published as: CN1250368C

Abstract

本发明公开了连结金属法兰的环状金刚石切割片，包括金属法兰和环状金刚石刀体，该环状金刚石刀体内侧环上端面经真空扩散焊接在所述的金属法兰外侧环下端面上，所述的金属法兰外侧环上端面具有经一凹口沿外径向下延伸的斜面。其制造方法包括焊件清洗步骤：取待焊接的金属法兰和环状金刚石刀体清洗；焊件组装入炉步骤：将上述两种预处理物经夹具组装入焊接炉；冷却步骤；出炉步骤；在焊件组装入炉步骤与冷却步骤之间还包括有真空扩散焊接步骤：炉内抽真空，炉内加压，炉内加热，扩散，冷却步骤使用惰性冷却气体。本发明利用扩散焊接的原理，使金刚石刀体和金属法兰成为一个冶金连结的整体，刀具装卸方便、安全。

Description

连结法兰的环状金刚石切割片及其制造方法

技术领域

本发明涉及切割工具及其制造方法，特别涉及连结法兰的环状金刚石切割片及其制造方法。主要用于制造连结法兰的环状金刚石切割片，用来切割集成电路(IC)、晶体管(TR)、片式电阻、片式电感、片式电容等电子元器件，精密切割光学材料、宝玉石、陶瓷、铁氧体及太阳能硅片等。

背景技术

在集成电路(IC)、晶体管(TR)划片工序中，需将大晶片分割成具有独立单元的小晶片，而所用的加工工具为金刚石切割片。随着电子元器件和精密材料的发展，对切割精度的要求越来越高，晶片的分割必须使用更薄的切割片才能达到微加工的高准精度要求。常规的金刚石切割片是采用热压法或电镀法制造的。而热压法对于制造这种厚度极薄(100μm以下)的切割片很不适宜。常规的电镀法制造的切割片存在许多不足之处，尤其是组成切割片的基体与胎体两部分是连结而成的，这种连结的方式由电镀沉积来完成。因此种结构，当胎体与基体受到强冲击载荷时两者的分离脱落是不可避免的。国外技术为了解决常规电镀法制造的超薄金刚石切割片所带来的不足，有采用化学气相沉积法首先制得金刚石多晶薄膜环，而后再焊接于基体上，此方法一定程度上改善了切割片的性能，但化学气相沉积法所需设备价格昂贵，制造工艺复杂。为了解决上述的问题，本申请人曾于1996年08月30日申请号为96109559.8的中国发明专利《超薄金刚石切割片及其制造方法》(公开号为CN1146945A)，其是通过化学镀和电镀两种方法相结合，在底衬材料上形成厚度在20-100μm的金刚石复合薄层，然后将两者分离，再经冲压成型达到规定的几何尺寸，制造出的一种无基体式金刚石切割片。如图4所示，该切割片呈自由的环状，切割用时，该环状切割片装配在一根主轴上，切割片2的两端面由法兰盘1夹持，法兰间用螺栓紧固。它既解决了常规电镀法制造工艺所造成的切割片的基体与胎体易分离及工艺较复杂的问题，又避免了采用CVD(化学汽相沉积)法带来的价格昂贵的问题。但是申请人在在实际使用中又发现了存在以下的技术问题：一是在IC晶片切割时，环状金刚石切割片时常有被因粘接不牢的、已切割掉的IC小块晶片飞出而击坏金刚石切割片，致使金刚石切割片报废；二是切割片在切割前需修磨校准出刃量；三是切割片所用材料多且在装刀时易损坏。综上三种情况，刀片所用材料费且使用寿命短，因此影响了该技术的推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供连结法兰的环状金刚石切割片及其制造方法，使金刚石刀体和法兰成为一个冶金连结的整体，且可有效避免所切割的碎片碰撞金刚石刀体。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供高强度、省材料，可选择超薄金刚石刀体厚度以提高切割精度的连结法兰的环状金刚石切割片及其制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

连结金属法兰的环状金刚石切割片，包括金属法兰和环状金刚石刀体，所述的金属法兰具有上、下两端面及可置放旋转轴的中孔，所述的环状金刚石刀体为有中孔的复合薄层金刚石刀体，采取的技术措施包括有：所述的环状金刚石刀体内侧环上端面经真空扩散焊接在所述的金属法兰外侧环下端面上，所述的金属法兰外侧环上端面具有经一凹口沿外径向下延伸的斜面。

上述连结金属法兰的环状金刚石切割片的制造方法，包括焊件清洗步骤：取待焊接的金属法兰和环状金刚石刀体清洗；焊件组装入炉步骤：将上述两种预处理物经夹具组装入焊接炉；冷却步骤；出炉步骤；采取的技术措施包括有：所述的焊件组装入炉步骤与冷却步骤之间还包括有真空扩散焊接步骤：炉内抽真空，控制真空度范围为1×10^-2～1×10^-3Pa；炉内加压，控制压力范围为1～30Mpa；炉内加热，控制温度范围为350～600℃；扩散时间控制范围为10～90分钟；所述的冷却步骤使用惰性冷却气体。

为优化上述技术方案，所采取的技术措施还包括：

根据所切割对象的不同，需要有不同材料制作的刀体，上述的环状金刚石刀体可由Mn、Fe、Co、Ni、Cu、P、稀土分别与金刚石组成的复合体，以及可以由其中的至少两种元素与金刚石组成的复合体。

根据具体的切割要求，上述的环状金刚石刀体的厚度为15～100μm。上述的环状金刚石刀体的厚度还可为20～40μm。

为使金刚石刀体和法兰可靠连结，上述的环状金刚石刀体内侧环与所述的金属法兰外侧环接触面径向距离为1～20mm。上述的环状金刚石刀体内侧环与所述的金属法兰外侧环接触面径向距离为3mm。

为减轻重量，上述的金属法兰由Al-合金或工业纯铝制成。

根据切割设备与本切割片的装配精度要求和切割精度要求，上述的金属法兰，其中孔的精度为H5；其上下端面表面粗糙度范围为6.3～0.1μm；其平行度和垂直度的形位公差为0.002～0.01mm。

为提高产品的生产效率，上述的冷却步骤使用惰性冷却气体为H₂或N₂或Ar₂。

为保证焊接精度，所述夹具材料为不锈钢、球墨铸铁、石墨、陶瓷、铝合金、可伐合金、镍及镍合金制成。

与现有技术相比，本发明利用扩散焊接的原理，在一定的真空、温度和压力环境下，使分子、原子相互扩散、再结晶，将环状金刚石刀体焊接在在金属法兰上，使金刚石刀体和金属法兰成为一个冶金连结的整体，其具有真空密封、热稳定、高机械强度的特性；刀具装配后精度高，可不修磨校准出刃量而直接进行切割；金属法兰盘的斜面设计，可大大减少因已切割的IC小块飞出而击坏金刚石刀体的情况发生；刀具装卸方便、安全，刀具因装配引起的损坏减少。可装配在相应的设备上，完成多种所需的切割任务。

附图说明

图1为本发明实施例纵剖面示意图；

图2为图1中的金刚石刀体的放大示意图；

图3为图1中的法兰盘放大示意图；

图4为对比技术申请号96109559.8的刀片装卡结构示意图；

图5为本发明焊接工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～图3所示，为一个连结法兰的环状金刚石切割片实施例，包括金属法兰和环状金刚石刀体。金属法兰具有上、下两端面及可置放旋转轴的中孔，为减轻重量，金属法兰由Al-合金或工业纯铝制成；根据切割设备与本切割片的装配精度要求和切割精度要求，上述的金属法兰，其中孔的精度为H5；其上下端面表面粗糙度范围为6.3～0.1μm；其平行度和垂直度的形位公差为0.002～0.01mm。环状金刚石刀体为有中孔的复合薄层金刚石刀体，根据所切割对象的不同，需要有不同材料制作的刀体，环状金刚石刀体可由Mn、Fe、Co、Ni、Cu、P、稀土分别与金刚石组成的复合体，以及可以由其中的至少两种元素与金刚石组成的复合体；根据具体的切割要求，环状金刚石刀体的厚度为15～100μm，本实施例中所采用的环状金刚石刀体的厚度还可为20～40μm中选择。

前述的环状金刚石刀体内侧环上端面经真空扩散焊接在金属法兰外侧环下端面上，利用扩散焊接的原理，在特定的真空、温度和压力环境下，使分子、原子相互扩散再结晶，将环状金刚石刀体经真空扩散焊接在在金属法兰上，使金刚石切割片和金属法兰成为一个冶金连结的整体，具有真空密封、热稳定、高机械强度的特性，使刀具装配后精度高，可不修磨校准出刃量而直接进行切割。前述的金属法兰外侧环上端面具有经一凹口沿外径向下延伸的斜面；金属法兰盘斜面的设计，可大大减少因已切割的IC小块飞出而击坏金刚石切割片的情况发生。刀具装卸方便、安全，刀具因装配引起的损坏减少；刀具装配在相应的设备上，完成多种所需的切割任务。

图5所示为焊接工艺流程图，图示连结金属法兰的环状金刚石切割片的制造方法：包括焊件清洗步骤，取待焊接的金属法兰和环状金刚石刀体清洗。还包括焊件组装入炉步骤，将上述两种预处理物经夹具组装入焊接炉，为保证焊接精度，夹具材料为不锈钢、球墨铸铁、石墨、陶瓷、铝合金、可伐合金、镍及镍合金制成。还包括冷却步骤，为提高产品的生产效率，冷却步骤使用的惰性冷却气体为H₂或N₂或Ar₂。

还包括出炉步骤。并在焊件组装入炉步骤与冷却步骤之间还包括有真空扩散焊接步骤，炉内抽真空，控制真空度范围为1×10^-2～1×10^-3Pa；炉内加压，控制压力范围为1～30Mpa；炉内加热，控制温度范围为350～600℃；扩散时间控制范围为10～90分钟；所述的冷却步骤使用惰性冷却气体。真空扩散焊接的工艺技术参数主要有温度、压力、时间、真空度等，温度的意义主要是为金属间原子相互扩散提供能量；压力的意义主要是为使金属间原子的距离尽可能的接近，以形成扩散的可能；时间的意义主要是使金属间原子的扩散在整个界面充分完成；真空度的意义主要是使金属间原子相互扩散阻力减小。这四个参数之间又有着相互关联的关系，较高的温度、压力可缩短扩散时间，反之则要较长的时间；较高的真空度亦可缩短扩散时间、降低温度和压力，但高的真空度要求要付出高的经济代价。

本发明主要用于制造环状金刚石切割片，用来切割集成电路(IC)、晶体管(TR)、片式电阻、片式电感、片式电容等电子元器件，精密切割光学材料、宝玉石、陶瓷、铁氧体及太阳能硅片等。

在集成电路工业后道封装工序中，本产品作是一种消耗性材料。集成电路大园片上有很多相同的单元体，为获得这些独立单元的集成电路块，须将上述大园片进行切割，所用的切割分离工具就是本发明所述的超薄金刚石切割片。这种金刚石切割片是安装在空气轴承架上，以30000-50000rpm的转速，由全电脑控制的划片机来完成芯片切割的，切深一般为500-800μm。此切割片的主要特点是，刀体厚度极薄，通常为20-40μm，大园片上允许进行切割的“街区”仅60-100μm，金刚石刀片的切割缝只允许在40-60μm之间，切缝误差允许为±5μm，其制造装配精度要求极高。

Claims

1、连结金属法兰的环状金刚石切割片，包括金属法兰(1)和环状金刚石刀体(2)，所述的金属法兰(1)具有上、下两端面(1a、1b)及可置放旋转轴的中孔(1c)，所述的环状金刚石刀体(2)为有中孔(2c)的复合薄层金刚石切割片，其特征在于所述的环状金刚石刀体(2)内侧环(2a)上端面经真空扩散焊接在所述的金属法兰(1)外侧环下端面(1b)上，所述的金属法兰(1)外侧环上端面(1a)具有经一凹口(1d)沿外径向下延伸的斜面(1e)。

2、根据权利要求1所述的连结金属法兰的环状金刚石切割片，其特征在于所述的环状金刚石刀体(2)可由Mn、Fe、Co、Ni、Cu、P、稀土分别与金刚石组成的复合体，以及可以由其中的至少两种元素与金刚石组成的复合体。

3、根据权利要求2所述的连结金属法兰的环状金刚石切割片，其特征在于所述的环状金刚石刀体(2)的厚度为15～100μm。

4、根据权利要求2所述的连结金属法兰的环状金刚石切割片，其特征在于所述的环状金刚石刀体(2)的厚度为20～40μm。

5、根据权利要求1至4任一权利要求所述的连结金属法兰的环状金刚石切割片，其特征在于所述的环状金刚石刀体(2)内侧环与所述的金属法兰(1)外侧环接触面径向距离为1～20mm。

6、根据权利要求1至4任一权利要求所述的连结金属法兰的环状金刚石切割片，其特征在于所述的环状金刚石刀体(2)内侧环与所述的金属法兰(1)外侧环接触面径向距离为3mm。

7、根据权利要求1至4任一权利要求所述的连结金属法兰的环状金刚石切割片，其特征在于所述的金属法兰(1)由Al-合金或工业纯铝制成。

8、根据权利要求1至4任一权利要求所述的连结金属法兰的环状金刚石切割片，其特征在于所述的金属法兰(1)，其中孔的精度为H5；其上下端面表面粗糙度范围为6.3～0.1μm；其平行度和垂直度的形位公差为0.002～0.01mm。

9、根据权利要求1所述的连结金属法兰的环状金刚石切割片的制造方法，包括焊件清洗步骤：取待焊接的金属法兰(1)和环状金刚石刀体(2)清洗；焊件组装入炉步骤：将上述两种预处理物经夹具组装入焊接炉；冷却步骤；出炉步骤；其特征在于所述的焊件组装入炉步骤与冷却步骤之间还包括有真空扩散焊接步骤：炉内抽真空，控制真空度范围为1×10^-2～1×10^-3Pa；炉内加压，控制压力范围为1～30Mpa；炉内加热，控制温度范围为350～600℃；扩散时间控制范围为10～90分钟；所述的冷却步骤使用惰性冷却气体。

10、根据权利要求8所述的连结金属法兰的环状金刚石切割片的制造方法，其特征在于：所述的冷却步骤使用惰性冷却气体为H₂或N₂或Ar₂，所述夹具材料为不锈钢、球墨铸铁、石墨、陶瓷、铝合金、可伐合金、镍及镍合金制成。